CN101213637A - 具有由钼合金构成的近光束遮蔽件的卤素白炽灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卤素白炽灯，该卤素白炽灯主要包括：灯泡；近光束遮蔽件(3)；三根支撑针(4)；以及两根白炽灯丝，所述灯泡的内部填充有包含卤素的气体，并且至少一根所述支撑针(4)焊接到所述近光束遮蔽件(3)上。所述近光束遮蔽件由钼合金构成，所述钼合金包含0.1wt.％(重量百分比)到1.5wt.％的氧化钇和/或镧系元素的一种或多种氧化物。因此，可以实现稳定的氧气供给并从而实现稳定的卤素循环过程。另外，改进的焊接性能使得可以减小近光束遮蔽件的壁厚。

Description

具有由钼合金构成的近光束遮蔽件的卤素白炽灯
技术领域
本发明涉及一种卤素白炽灯，该卤素白炽灯主要包括灯泡、近光束遮蔽件、三根支撑针和两根白炽灯丝，该灯泡的内部填充有包含卤素的气体，并且至少一根支撑针焊接到该近光束遮蔽件上。
背景技术
卤素白炽灯通过利用直接流过的电流将由钨构成的白炽灯丝通常加热到从2300℃到3200℃范围内的温度来产生可见光。灯泡可由硬玻璃或石英玻璃形成。除惰性气体之外，填充气体包含单独的或与卤代烃结合的卤族元素碘、溴或氯。因此，产生CVT(化学气相输送)过程，即所谓的卤素循环过程，其结果是从白炽灯丝蒸发并凝结在灯泡壁上的钨再次被输送回到白炽灯丝。
已知的是，填充气体中氧气或蒸汽的含量较低会强烈地影响卤素循环过程的再生性。在具有较低温度的区域中，形成气态的卤氧化钨。在灯泡壁区域中，使用溴检测到密度比为400∶10∶1的WO2Br2、WOBr2和W6Br18。对填充有压强为1.5×10-3巴的HBr和Kr的灯进行的数值模拟表明，添加压强为1×10-5巴的氧气会使灯泡区域中含钨物质的局部压力增大至7倍。稍微增加填充气体中的氧气含量会以非常敏感的方式增大输送速率。另一方面，如果填充气体基本上不含氧气，则由于活性卤素气体的填充压力因形成固态卤化物而降低，所以会使灯泡加速变黑。另一方面，如果氧气含量太高，则灯架部件(不包括通常由钼合金构成的白炽灯丝)也会受到侵蚀。因此，钼有助于卤素循环过程，并且随着氧气含量的增加，钼越来越多地沉积在白炽灯丝上。
氧气还经由灯架部件引入到灯中，氧可以以表面吸附、溶解或结合的形式存在。表面吸附氧气的特定差异对卤素白炽灯的寿命有显著影响。特别是在灯架部件具有较大表面积的情况下，表面处的特定氧气浓度的差异会导致寿命特性严重波动。
由于具有近光束遮蔽件的卤素白炽灯具有较大的表面积，所以在这种卤素白炽灯的情况下尤其如此。具有近光束遮蔽件的卤素白炽灯用于机动车辆头灯。这些卤素灯通常称为H4灯。在这种情况下，近光束遮蔽件位于灯泡的内部，灯泡还包括两根白炽灯丝和三根支撑针。在这种情况下，一根白炽灯丝布置在近光束遮蔽件的区域中。近光束遮蔽件限制光束，其结果是防止了眩目。这一白炽灯丝称为近光束灯丝。第二根白炽灯丝位于近光束遮蔽件的区域外部并产生完整光束。这一白炽灯丝称为远光束灯丝。近光束灯丝与近光束遮蔽件和钼支撑针连接。一般来说，使用电阻焊接作为连接方法，其中，由钼构成的套管位于白炽灯丝的连接区域中以便使该连接区域更稳定。
如同德国专利说明书DD224445中描述的那样，近光束遮蔽件可以具有焊接凸缘，该焊接凸缘用于将该近光束遮蔽件焊接到近光束灯丝的一端。而该焊接凸缘又可以配备有横肋，该横肋用于将该焊接凸缘凸焊到近光束灯丝的一端。近光束遮蔽件的底部通常是平坦的并设置有两条焊道，该两条焊道通常同样使得可以将近光束遮蔽件凸焊到钼支撑针上。
由于认为合金元素影响卤素循环过程的稳定性，所以直到现在为止，只用纯钼作为近光束遮蔽件的材料。特别地，由于ODS(氧化物弥散强化的)钼材料的氧含量较高并且通常是形成卤化物的合金元素，所以ODS钼材料尚未得到使用。
当使用由纯钼构成的近光束遮蔽件时，目前在灯负载不同的灯中可以看到寿命性能的波动，这可能取决于许多影响因素。另外，应当注意到，H4灯的制造承受着严峻的成本压力，结果是市场只接受在成本方面适中或降低成本的解决方案。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种具有近光束遮蔽件的卤素灯，该卤素灯在尽可能低的成本的条件下具有尽可能长且稳定的寿命。
另一个目的在于提供一种近光束遮蔽件，该近光束遮蔽件使得卤素灯寿命波动的程度尽可能小，并且与现有解决方案相比，还降低该近光束遮蔽件的成本。
上述目的是根据本发明通过独立权利要求来达到的。
通过使用由钼合金构成的近光束遮蔽件，其中该钼合金包含0.1wt.％(重量百分比)到1.5wt.％的氧化钇和/或镧系元素的一种或多种氧化物，可以获得H4灯的明显更稳定和改进的使用寿命性能。白炽灯丝的分析值也说明了这一点，该分析值是从由于白炽灯丝形成过热点而失效的H4灯获取的。形成过热点的可能原因是白炽灯丝的区域中局部增大的钼含量，其结果是熔化温度的降低导致钨的自扩散速率增大，因此加速了蠕变。然后由于蠕变现象，导致白炽灯丝横截面减小，而这又引起白炽灯丝温度的局部升高。白炽灯丝温度的这种局部升高引起蠕变的加速，这导致自行逐步升级效应。填充气体中氧气或H2O含量的微小差异导致不同的钼侵蚀速率。由于填充气体中氧气或H2O含量极低，所以来源于近光束遮蔽件的吸附氧气的不同氧气供给导致填充气体中的氧气含量显著不同，因此导致不同的钼侵蚀速率。而受侵蚀的钼有助于卤素循环过程。钼含量的差异首先导致循环过程效率的差异，其次还导致白炽灯丝上钼的沉积速率差异。前者可以导致灯泡加速变黑，而后者可以导致白炽灯丝过早失效。对使用的白炽灯丝的分析给出了使用纯钼近光束遮蔽件时波动的钼含量。现在如果将该积分值换算成沉积钼层的推定厚度，则当使用纯钼近光束遮蔽件时会得到从0.03μm到0.55μm的层厚。可以从表1看出，当使用由钼合金构成的近光束遮蔽件且该钼合金包含0.1wt.％到1.5wt.％的氧化钇和/或镧系元素的一种或多种氧化物时，可以获得明显更稳定的值。由于当制造根据实例的灯时只有近光束遮蔽件的材料变化，所以可以认为钼沉积变化量的减小归因于根据本发明的近光束遮蔽件的使用。而又由于钼沉积主要只取决于填充气体中的氧气或H2O含量，所以可以认为在根据本发明的近光束遮蔽件的情况下该含量更稳定。在这种情况下近光束遮蔽件施加决定性影响的事实可以用近光束遮蔽件是具有最大表面积的金属部件的事实来解释。在这种情况下，由于引入的氧气或H2O的绝对值可以通过相应地另外掺杂质来调整，所以该绝对值对灯制造者不太重要。另一方面，如果引入的来源于近光束遮蔽件的氧气或蒸汽的含量不同，则在灯制造过程中可以不再对此进行校正。
当使用掺杂有Y2O3和Y2O3×Ce2O3的材料时，可以实现钼沉积的变化量特别小。在这种情况下，最佳氧化物含量是从0.3wt.％到1.0wt.％。使用掺杂有La2O3的材料也可以实现显著改进，但是需要考虑在含量＞0.5wt.％时会增加灯泡变黑的趋势的事实。
根据本发明的近光束遮蔽件的另一个优点在于以下事实，即：可以减小近光束遮蔽件的壁厚，而不会由此降低焊接连接的强度。这样，如同在实例中详细描述的那样，在部件支撑针/近光束遮蔽件保持几乎相同拉力水平的条件下，当使用根据本发明的材料时，近光束遮蔽件的壁厚可以从0.13mm减小到大致0.10mm。从而可以实现成本的显著降低。由于最近10年以来，随着H1、H7、H8灯和放电灯的引入，H4灯一直处于高度的成本压力之下，所以这是相当重要的。
在下文中借助于实例更详细地说明本发明。
附图说明
图1示出具有由硬玻璃构成的灯泡的H4灯。
图2示出具有焊接在其上面的钼支撑针的近光束遮蔽件。
表1示出近光束遮蔽件上的钼层的推定厚度。
表2示出为了将支撑针与近光束遮蔽件分离而需要的拉力。
具体实施方式
H4灯1(见图1)根据现有技术来制造，灯泡2由硬玻璃制造。灯架包括在图2中详细示出的近光束遮蔽件3。钼支撑针4使用两条焊道9焊接到近光束遮蔽件上，而近光束灯丝6在焊接凸缘的横肋8处借助于电阻焊接经由套管7焊接到近光束遮蔽件上。远光束灯丝5同样使用套管7焊接到前面提到的支撑针4上。远光束灯丝5或近光束灯丝6的尚未连接端与另一根钼支撑针4连接。使用由硬玻璃构成的跨接件来固定支撑针4。灯架以真空密闭方式与支撑针区域中的玻璃灯泡2连接。应当提到，根据本发明的近光束遮蔽件也可以用于石英玻璃灯中，石英玻璃灯通过焊接到支撑针上的密封箔来保证气密电流供给。
如同在表1中反映的那样，使用包含来自由钇、镧系元素构成的群组的氧化物的不同钼合金制造近光束遮蔽件。以厚度为0.10mm的带材开始，借助于模压/冲压工序来制造近光束遮蔽件。为了与此比较，还制造出由厚度为0.13mm的带材制成的纯钼近光束遮蔽件。用每一种材料制造出10个灯并在标准条件下持续试验1000h。然后，破坏这些灯，确定白炽灯丝的钼含量，由此计算推定的钼层厚度。这些值反映在表1中。由此可以看出，与具有根据本发明的近光束遮蔽件的灯的情况相比，具有纯钼近光束遮蔽件的灯中钼层厚度的分散度明显更大。
在另一个试验中，借助于电阻焊接仅将直径为0.6mm的一个钼支撑针与对应于图2所示部件的近光束遮蔽件连接，来制造试验部件。然后，通过拉伸试验设备中的拉伸试验，确定10个试样的焊接连接的强度，并且计算平均值。表2表明，在近光束遮蔽件的底部区域的壁厚为0.10mm的条件下，具有根据本发明的近光束遮蔽件的部件表现出与壁厚为0.13mm的纯钼近光束遮蔽件的焊接强度相当的焊接强度。
表1
近光束遮蔽件的材料   最小钼层厚度[μm] 最大钼层厚度[μm]   平均钼层厚度[μm] 最大和最小钼层厚度之间的差[μm]
  比较试样 钼金属纯度99.98％     0.03     0.55     0.17     0.52
  本发明试样 钼-0.1wt.％Y2O3     0.12     0.22     0.15     0.10
  本发明试样 钼-0.3wt.％Y2O3     0.06     0.15     0.10     0.09
  本发明试样 钼-0.5wt.％Y2O3-0.1wt.％Ce2O3     0.08     0.14     0.10     0.06
  本发明试样 钼-0.1wt.％La2O3     0.10     0.31     0.22     0.21
  本发明试样 钼-0.3wt.％La2O3     0.15     0.44     0.25     0.29
  本发明试样 钼-1wt.％Re-0.3wt.％Y2O3     0.09     0.19     0.12     0.1
表2
近光束遮蔽件的材料；底部区域的壁厚 钼支撑针的材料 用于分离近光束遮蔽件/支撑针的拉力[N]
比较试样 钼金属纯度99.98％；0.13[mm] 钼-0.3wt.％La2O3     223
本发明试样 钼-0.1wt.％Y2O3；0.10[mm] 钼-0.3wt.％La2O3     201
本发明试样 钼-0.3wt.％Y2O3；0.10[mm] 钼-0.3wt.％La2O3     210
本发明试样 钼-0.5wt.％Y2O3-0.1wt.％Ce2O3；0.10[mm] 钼-0.3wt.％La2O3     235
本发明试样 钼-0.1wt.％La2O3；0.10[mm] 钼-0.3wt.％La2O3     223
本发明试样 钼-0.3wt.％La2O3；0.10[mm] 钼-0.3wt.％La2O3     241
本发明试样 钼-1wt.％Re-0.3wt.％Y2O3；0.10[mm] 钼-0.3wt.％La2O3     231

Claims (10)

1.一种卤素白炽灯(1)，主要包括：
灯泡(2)；
近光束遮蔽件(3)；
支撑针(4)；以及
白炽灯丝(5、6)，
所述灯泡的内部填充有包含卤素的气体，并且至少一根所述支撑针(4)焊接到所述近光束遮蔽件(3)上，
其特征在于，所述近光束遮蔽件(3)由钼合金构成，所述钼合金包含0.1wt.％到1.5wt.％的氧化钇和/或镧系元素的一种或多种氧化物。
2.根据权利要求1所述的卤素白炽灯(1)，其中，
所述钼合金包括钼相以及0.1wt.％到1.5wt.％的氧化钇和/或镧系元素的一种或多种氧化物，所述钼相的金属纯度是99.0wt.％或更高。
3.根据权利要求1或2所述的卤素白炽灯(1)，其中，
所述氧化物的含量是0.3wt.％到1.0wt.％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的卤素白炽灯(1)，其中，
所述氧化物是Y2O3。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的卤素白炽灯(1)，其中，
所述氧化物是钇/铈混合氧化物。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的卤素白炽灯(1)，其中，
所述氧化物是La2O3。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的卤素白炽灯(1)，其中，
所述近光束遮蔽件(3)的底部区域(8)中的壁厚是0.07mm到0.12mm。
8.根据权利要求7所述的卤素白炽灯(1)，其中，
底部区域(8)中的壁厚是0.08mm到0.10mm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的卤素白炽灯(1)，其中，
所述卤素白炽灯(1)包括三根支撑针(4)和两根白炽灯丝(5、6)。
10.一种用于卤素白炽灯(1)的近光束遮蔽件(3)，其特征在于，
所述近光束遮蔽件(3)由钼合金构成，所述钼合金包含0.1wt.％到1.5wt.％的氧化钇和/或镧系元素的一种或多种氧化物。
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Granted publication date: 20100519

Termination date: 20160628

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